Għaliex PFA Heater b'Element tal-Wajer Koljat Huwa Aktar Reżistenti għall-Xokk Termali milli Cast-Fid-Disinn?

Xokk termali, bħal immersjoni ta 'malajr ta' heater sħun f'likwidu kiesaħ jew ċikliżmu ta 'enerġija mgħaġġla, jikkawża gradjenti kbar ta' temperatura fil-kisja tal-PFA. Il-konformità mekkanika tal-element coiled u l-ġenerazzjoni tas-sħana mxerrda jagħtu lill-heater tal-element tal-wajer coiled (wajer tar-reżistenza mdawwar madwar mandrin, inkapsulat f'PFA) vantaġġ fuq fondut-f'disinn (element tat-tisħin tal-metall mitfugħ direttament fi blokka ta 'PFA) fil-prestazzjoni ta' xokk termali. Il-wajer huwa mdawwar f'coil u jista 'jgħeleb u jespandi indipendentement mill-għant PFA biex jassorbi tagħbijiet ta' espansjoni differenzjali. Cast-in għandu element tal-metall iebes imwaħħal direttament mal-PFA. Il-metall u PFA għandhom koeffiċjenti differenti ħafna ta 'espansjoni termali (CTE: metall 14-17 ppm/ grad , PFA 110-120 ppm/ grad ). Il-kuntatt riġidu joħloq stress f'post wieħed meta t-temperatura tinbidel malajr. Isseħħ delaminazzjoni jew qsim. Riżultati fuq il-post minn testijiet ta 'ċikli termali juru li ħiters tal-wajer kojljati jifilħu 5-10 ċikli ta' xokk termali aktar minn apparati mitfugħa ta 'qawwa ekwivalenti.

Kif tirreżisti x-xokk termali?
F'heater tal-wajer coiled il-wajer tar-reżistenza mhuwiex marbut mal-PFA. Huwa inkorporat f'qalba taċ-ċeramika jew tal-metall, li hija miksija PFA. Il-coil huwa liberu li jespandi u jikkuntratta b'mod radjali u axjali b'varjazzjonijiet fit-temperatura. Il-wajer għandu CTE 6x aktar baxx mill-għant, għalhekk il-għant PFA jespandi aktar mill-wajer iżda l-coils tal-wajer jinfetħu xi ftit (iż-żift jiżdied) biex jimmaniġġjaw id-diskrepanza. Il-kuntatt bejn il-wajer u PFA jiltaqa 'ma' tensjoni ta 'shear ftit, bil-PFA kapaċi flex madwar il-wajer mingħajr limitazzjoni.

Disinn fondut-jikkapsula kompletament l-element tat-tisħin tal-metall (ġeneralment virga dritta jew tubu forma ta' U-) f'PFA. Il-metall huwa marbut mal-PFA. F'każ ta 'bidla rapida fit-temperatura, il-PFA jespandi 6 × aktar malajr mill-metall. Minħabba li l-metall huwa iebes u konness, il-PFA ma jistax jespandi liberament-jiġġebbed madwar il-metall. L-istress tat-tensjoni li jirriżulta fil-kuntatt tal-metall-PFA jista 'jkun għoli daqs 5-10 MPa għal xokk termali ta' 100 grad. PFA għandu saħħa tat-tensjoni ta '12-15 MPa iżda saħħa li torbot mal-metall ta' 2-5 MPa. Tissepara l-interface biex toħloq vojt. L-umdità tidħol fil-vojt u x-xokkijiet tas-sħana li jakkumpanjawhom jikkawżaw li l-PFA jitfarfar.

Ċikli ta 'Xokk Termali: Tqabbil Kwantitattiv
Xokk tat-Temperatura tal-Kostruzzjoni tat-Tip tal-Heater (ΔT) Ċikli għall-Modalità ta’ Ħsara tad-Delaminazzjoni/Xquq Wajer koljat, 2 mm PFA Wajer imdawra fuq qalba taċ-ċeramika 100 grad (150 grad sa 50 grad) 5,000–10,000 Għeja gradwali (il-wajer jista’ jinqata’ l-ewwel)
Wire, PFA, 2 mm, coiled Same 50°C >20,000 Ħsara minima
Virga dritta, fondut-inPFA virga tal-metall fondut 100 grad 500–2000Metal-Delaminazzjoni PFA fl-interface
Cast-fi, U-Tubu tal-metall mgħawweġ mitfugħ f'PTFE 100 grad 200–1,000Raġġ ta' ġewwa tal-qsim tal-liwja
Saff adeżiv fondut-f'Metal + primer + PFA 100 grad 1,000-3,000 Ħsara adeżiva (peels tal-primer)
Wajer koljat, għant oħxon (3 mm PFA) Wajer koljat oħxon PFA 100 grad 8,000–15,000A għant irqiq aħjar
Slot ta' espansjoni tal-qalba tal-metall Cast-fil-qalba tal-metall b'distakk 100 grad 2,000-4,000 Mtejba iżda xorta inqas minn coiled
Għaliex Cast-Fil-Disinni Jfallu Taħt Xokk Termali
Il-cast-fid-disinn huwa suxxettibbli minħabba l-erja mwaħħla enormi bejn il-metall u l-PFA. Għal tul ta '1 m, virga tal-metall b'dijametru ta' 10 mm mitfugħa f'PFA, l-erja tal-wiċċ marbuta hija π x 10 x 1,000=31,400 mm2. In-nuqqas kollu fl-espansjoni għal 100 grad huwa ΔL=( _PFA – _metal) × L × ΔT=(110e-6) × 1000 × 100=11 mm. Il-PFA trid testendi 11 mm aktar mill-metall. Minħabba li huma marbuta, il-PFA hija mġebbda elastikament u tibni stress. L-istress shear fl-interface huwa τ=G × ΔL / t, fejn G huwa modulu ta 'shear u t hija ħxuna ta' PFA. Għal t=5 mm G≈200 MPa τ=200 × 11 / 5=440 MPa impossibbli. Fil-każ reali l-PFA jirriżulta f'delaminazzjoni fl-interface. It-tensjoni hija kkonċentrata fit-truf tal-virga tal-metall (fejn in-nuqqas ta 'qbil huwa l-akbar), u xquq jiffurmaw u jikbru 'l ġewwa.

Coiled wire heaters m'għandhomx tali interface magħqud enormi. Il-wajer jikkuntattja l-PFA biss f'punti lokalizzati (id-dijametru ta 'barra tal-coils). L-erja totali ta' kuntatt hija minima (10-20% ta' l-erja mitfugħa-). Il-kuntatti mhumiex magħqudin (il-wajer jista 'jiżloq). Il-moviment tal-wajer, mhux il-medda PFA, jakkomoda n-nuqqas ta 'qbil ta' espansjoni.

Implikazzjonijiet Prattiċi għall-Għażla
Għal applikazzjonijiet fejn iċ-ċikliżmu termali huwa frekwenti (bidu/waqfien ta 'kuljum, proċessi ta' lott jew ċikli ta 'tindif ta' xokk termali), għandu jiġi speċifikat heater PFA tal-wajer imdawwar. Il-ħiters fonduti-fil-ħiters huma xierqa u tipikament jiswew inqas flus għal applikazzjonijiet-stati fissi (tħaddim kontinwu, l-ebda ċikliżmu).

Ideali għal: Reatturi tal-lott, linji tal-kisi li jagħlqu kuljum, iffriżar-ċikli ta' tidwib, tindif ta' xokk termali (immersjoni tal-heater f'likwidu kiesaħ), ħiters portabbli.

Cast-fi adattat għal: Ipproċessar kimiku kontinwu, tisħin tal-ilma 24/7, ħiters standby, applikazzjonijiet mhux-ċikliċi.

Il-ħiters tal-wajer f'koljaturi huma ġeneralment 20-40% aktar għaljin minn mitfugħa-in minħabba tkebbib u kostruzzjoni aktar kumplessi. Il-premium huwa ġġustifikat minn ħajja estiża taħt iċ-ċikliżmu termali. Ħiter fondut li jinkiser wara 500 ċiklu (6 xhur ta 'ċikliżmu ta' kuljum) jista 'jiġi sostitwit 5x f'2.5 snin; heater tal-wajer coiled jista 'jdum it-tul kollu b'sostituzzjoni waħda.

Test tal-Qasam
The cast-in PFA heaters were utilised in a batch plating process with 10 cycles per day (heat up from 25°C to 85°C, then cool down to 25°C). Heaters delaminated after 3-4 months (ca. 1000 cycles) The plant was converted over to coil wire heaters. The same heaters lasted over 3 years (>10,000 ċiklu). Spiża bil-quddiem addizzjonali (primjum ta' 30%) imħallsa lura f'6 xhur permezz ta' xogħol ta' sostituzzjoni u waqfien aktar baxxi.

Konklużjoni: Wajer coiled huwa 5-10 darbiet aktar reżistenti għal xokk termali
Il-heater PFA b'element tal-wajer coiled huwa ferm aktar reżistenti għal xokk termali minn fondut-fid-disinn minħabba li l-wajer coiled jista 'jgħawweġ u jespandi indipendentement mill-għant PFA biex jakkomoda espansjoni termali differenzjali mingħajr ma jiġġenera tensjonijiet interfaċjali sostanzjali. Id-disinn fondut-jikkawża li l-element tal-metall ikun marbut b'mod riġidu mal-PFA, li jirriżulta f'delaminazzjoni u tkissir b'ċaqliq mgħaġġel tat-temperatura. Għal applikazzjonijiet li jesperjenzaw ċikliżmu ta 'temperatura regolari (kuljum jew ħafna ċikli kuljum) speċifika wajer coiled. Cast-in huwa OK u spiża mnaqqsa għal tħaddim kontinwu u fiss. Mitfugħa-fil-ħiters jinqatlu minn xokk termali. Coil tal-wajer jgħix. U jekk m'intix ċert, wrapha. Huwa aktar durabbli.